Zasilanie urządzeń mobilnych
- Sylwester Igras,
- 09.02.2009
Jednym z najważniejszych wyzwań, przed jakim obecnie stoją producenci sprzętu mobilnego, jest opracowanie rozwiązań znacznie wydłużających pracę urządzeń przenośnych, a także ograniczenie potrzeby częstego doładowywania akumulatorów lub wymieniania baterii. Działania skoncentrowano na budowie zasobników energii elektrycznej o pojemności umożliwiającej ich długotrwałą pracę oraz zapewnieniu zasilania urządzeń mobilnych (doładowywanie baterii) z różnych źródeł, np. wykorzystanie zasilania z samochodu, pociągu itp.
Jednym z najważniejszych wyzwań, przed jakim obecnie stoją producenci sprzętu mobilnego, jest opracowanie rozwiązań znacznie wydłużających pracę urządzeń przenośnych, a także ograniczenie potrzeby częstego doładowywania akumulatorów lub wymieniania baterii. Działania skoncentrowano na budowie zasobników energii elektrycznej o pojemności umożliwiającej ich długotrwałą pracę oraz zapewnieniu zasilania urządzeń mobilnych (doładowywanie baterii) z różnych źródeł, np. wykorzystanie zasilania z samochodu, pociągu itp.
Wielu producentów prowadzi badania nad opracowaniem nowego rodzaju baterii, a także coraz częściej oferuje różnego rodzaju przetworniki. Podstawowym źródłem zasilania teleinformatycznych urządzeń mobilnych (takich jak laptopy, palmtopy, telefony komórkowe, odtwarzacze multimedialne itp.) są baterie, które stanowią dla nich główne źródło energii. Jednak urządzenia przenośne, tak jak każdy inny sprzęt teleinformatyczny, wymagają również podłączenia (chociażby czasowego) do zewnętrznego źródła zasilania, które powinno spełniać określone parametry.
Baterie w urządzeniach mobilnych
Akumulator wbudowany w notebooku jest elementem podlegającym stałej i nieuchronnej degradacji. Przeciętny akumulator Ni-Mh wytrzymuje ok. 600 ładowań i rozładowań, a po przekroczeniu tej granicy jego pojemność ulega drastycznemu zmniejszeniu. W efekcie konieczny staje się zakup nowego akumulatora lub jego regeneracja.
W przypadku baterii Ni-Mh bądź Ni-Cd należy je przed pierwszym użyciem "sformować", baterie te nie są bowiem odporne na efekt pamięci i najlepiej je ładować do pełna, a dopiero potem rozładowywać. Tak zwany efekt pamięci polega w uproszczeniu na wytworzeniu się progu naładowania na poziomie niższym niż zaprojektowany - w razie rozpoczęcia procesu rozładowania przed pełnym naładowaniem.
Najnowsze urządzenia przenośne są wyposażone w polimerowe baterie bądź inne hybrydy. Korzysta się z nich nieco inaczej niż z niklowo-wodorkowych (NiMh) - nie wymagają ładowania do pełna, a następnie rozładowywania, gdyż nie występuje u nich efekt pamięci. Baterie najnowszego typu (Li-Ion i Li-Pol) są również odporne na efekt pamięciowy. Najlepiej z nich korzystać przy niepełnych cyklach, nie doprowadzając baterii do stanu całkowitego wyczerpania.
Baterie litowe są znacznie lżejsze, efektywniejsze i bezpieczniejsze od niklowych, należy jednak pamiętać o kilku zasadach ich używania: nieodwracalne zniszczenia występują podczas całkowitego rozładowania, gdy napięcie jest poniżej 3,3 V. Zdecydowana większość urządzeń z nimi współpracujących jest wyposażona w odpowiednie zabezpieczenia, dlatego nawet wyłączenie urządzenia nie oznacza tego, iż bateria jest kompletnie wyczerpana. Ważną zasadą obowiązującą dla wszystkich rodzajów baterii chemicznych jest unikanie przeładowania, gdyż elektrolit znajdujący się w baterii ma określoną pojemność ładunku i jej przekroczenie może wywołać zwarcie, a w efekcie wybuch baterii! Gdy nie korzystamy ze sprzętu, należy pamiętać, aby co jakiś czas podładowywać baterię, by uzyskać projektowaną żywotność.
Dodatkowe baterie w urządzeniach mobilnych
Uniwersalny zasilacz samochodowy do notebooka
Dodatkowy czas pracy note-bookom zapewniają uniwersalne, zewnętrzne moduły akumulatorowe. Są stosunkowo lekkie i cienkie, co ułatwia ich noszenie. Okazują się bardzo przydatne zwłaszcza wtedy, gdy przez dłuższy czas nie będzie możliwy dostęp do gniazd zasilających, np. podczas lotu samolotem. Istnieje możliwość wyboru napięcia wyjściowego uniwersalnych akumulatorów do notebooków. Producenci dołączają do tego typu urządzeń różne końcówki do zasilania notebooków, dzięki czemu mogą być stosowane do zasilania większości komputerów. Akumulatory takie mogą być używane jako urządzenia autonomiczne, a także stanowią doskonałe wyposażenie torby na notebooka. Stosowanie dodatkowych baterii zapewnia mobilnym pracownikom maksymalną dostępność zasilania, bez względu na miejsce pobytu.
Uniwersalne zasilacze do ładowania urządzeń mobilnych
Aby zagwarantować użytkownikowi jak największą wygodę w zapewnieniu zasilania komputerów przenośnych w różnych warunkach, producenci oferują specjalne torby.
Uniwersalne zasilacze są również często wyposażone w porty USB, które umożliwiają także ładowanie lub podłączenie do zasilania jednocześnie nawet dwu dodatkowych urządzeń mobilnych, eliminując konieczność noszenia wielu zasilaczy. Tego typu zasilacze mogą być używane jako urządzenia autonomiczne.
Aby zagwarantować użytkownikowi jak największą wygodę w zapewnieniu zasilania komputerów przenośnych w różnych warunkach, producenci oferują specjalne torby. Zwykle mają one kieszenie przeznaczone do przenoszenia urządzeń mobilnych i uniwersalnego zasilacza, a także miejsca do prowadzenia i ukrycia kabli zasilających.
Ogniwa paliwowe
Zasada działania ogniwa wodorowego
Ogniwo wodorowo-tlenowe jest elektrochemicznym urządzeniem, umożliwiającym bezpośrednie wykorzystanie nierównowagi chemicznej tlenu i wodoru do wytwarzania energii elektrycznej. Jedynymi produktami ubocznymi podczas jego pracy są woda i pewna ilość ciepła, co czyni go przyjaznym dla środowiska naturalnego. Głównymi elementami ogniwa są: elektrody, warstwy katalizatora oraz elektrolit. Substratami doprowadzonymi do ogniwa są przeważnie wodór i tlen, przy czym tlen może być doprowadzany w postaci czystej lub wraz z powietrzem. Procesom elektrochemicznym towarzyszy przepływ elektronów przez obwód zewnętrzny, zasilający zewnętrzne urządzenie elektryczne. Przenoszenie jonów w obwodzie wewnętrznym (elektrolicie) umożliwia zrównoważenie przepływu ładunków ujemnych między elektrodami.
Do zasilania urządzeń przenośnych przewiduje się stosowanie ogniw DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), które mają polimerową membranę. Są zasilane bezpośrednio metanolem, potrafią produkować energię elektryczną przez długi czas, stąd zainteresowanie stosowaniem ich w urządzeniach przenośnych, takich jak telefony komórkowe czy notebooki.
W ogniwach paliwowych DMFC energia elektryczna powstaje w wyniku reakcji zachodzącej między metanolem, wodą i powietrzem. Różnica pomiędzy ogniwem DMFC a wodorowym tkwi w konstrukcji anody, pozwalającej na wykorzystanie dużo tańszego metanolu, dzięki któremu w ogniwie uzyskuje się wodór. Ogniwa DMFC są potencjalnie korzystne do zasilania aplikacji mobilnych ze względu na stosunkowo niską temperaturę zachodzącej reakcji (ok. 80o Celsjusza) oraz dużo większą dostępność i niższą cenę metanolu. Główną wadą ogniwa DMFC - w porównaniu z wodorowym - jest jego niższa sprawność (wynosi 40%). Producenci teleinformatycznych urządzeń przenośnych już od dawna postrzegają ogniwa DMFC jako alternatywę dla konwencjonalnych baterii i akumulatorów stosowanych w niewielkich urządzeniach elektronicznych, oferują bowiem wydajność nieosiągalną dla standardowych baterii.